新材料新工艺
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化和智能化的方向发展。 特别值得一提的是，在新材料的研究方法上提出了材料设计，
按照需要设计和制备新材料的口号。
1.3 按需设计材料
材料设计可以从电子出发；可以从原子、原子集团出发；也 可以从微观、显微到宏观，视所要求的性能而定。
近20年来，一方面，由于对新材料的需求增长，人们希望尽 可能地增加在材料研制中的理论预见性，减少盲目性；另 一方面，由于量子化学，固体物理、凝聚态物理等学科的 发展．使人们对材料的宏观性能和微观结构间的关系有了 更深入的认识，使材料设计发展成为现代材料科学技术中 的基础领域。
新材料新工艺
范广新 材料科学与工程学院 E-mail: fangx@hpu.edu.cn
第八讲：材料的未来
一、材料发展的总趋势
1.1 不同类型材料的发展前景 金属材料 金属在结构材料中仍占主要位置，钢铁在今后几十年内产量
不会下降，而且钢的性能会大幅度提高。 有些有色金属，如铜、铅、锌的资源接近枯竭，替代品的开
四、生态环境材料
4.1 生态环境材料的研究与开发内容 ① 环境协调材料和传统材料的生态环境材料化 ② 环境工程材料 ③ 环境降解材料
4.2 绿色包装材料
① 天然生物包装材料 ② 可食性包装材料 ③ 绿色玻璃包装材料 ④ 绿色塑料包装材料
4.3 绿色建筑材料
绿色建筑材料一般是指有利于保护生态环境，对人体、周围 环境无害的健康型、环保型、安全型的建筑材料。
材料，如丙烷、异丁烷和环戊烷等； 石棉(致癌)的替代材料，如陶瓷纤维和膨体被纤； 铝合金(能耗大、污染重)的替代材料．如纤维复合材料。
4.5 环境降解材料
环境降解材料是指可以被环境自然吸收、消化、分解，而不 产生固体废弃物的材料。
(1) 光降解塑料 塑料在光照条件下发生裂化分解反应，逐渐 失去机械强度，达到分解的目的。
发成为当务之急； 开发低品位矿的提炼方法也迫在眉睫。 镁和钛将得到更广泛的应用。 随着功能材料需求的增加，稀有金属与稀土金属的用途将不
断扩大。
陶瓷材料 功能陶瓷将会有更大发展。 结构陶瓷的性能也将进一步提高，生产成本将进一步下降，
但能否得到广泛应用，前途难卜。这主要取决于它们的脆 性和可靠性问题能否得到显著改善。 水泥和玻璃仍是重要的建筑材料。水泥的生产将大量采用矿 渣、炉渣等废料； 玻璃将走向智能化以实现节能的目的。
就是同时具有感、知功能即信号感受功能(传感器的功能)，自 己判断并自己作出结论的功能(情报信息处理功能)的材料。 智能材料必须具备的四要素： 对环境参数的敏感，对敏感信息的传输，对敏感信息的分析、
判断和智能反应。
智能材料是一门综合性边缘学科，它不仅发展了材料学科本 身，面且可以带动许多相关学科的发展，包括化学、物理 学、材料学、计算机、生物学、土木工程和航空领域等。
1.2 新材料
材料科学的主要发展是研究和开发新材料，目的是人工制造 耐超高温、耐超高压、超高强度、高速信息传输和在常温 下表现超导等特殊性能的材料。
新材料主要有：新金属材料，如非晶态合金；新陶瓷材料； 高分子材料，如高性能碳纤维增强塑料；复合材料。纳米 技术在材料中的应用将产生一系列新材料。
新材料的开发研制对21世纪的科学研究和经济发展具有关键 性作用，发展新材料是提高产品竞争能力和提高生产力的 重要手段。
(2) 生物降解塑料 在自然环境中通过微生物的生命活动能很 快降解的高分子材料。
(3) 光-生物降解塑料 是一种复合塑料，利用光降解和生物 降解相结合的方法制得。不仅克服了光降解塑料对光的要 求，也克服了生物降解塑料工艺复杂、成本高昂的弊端， 是近年来发展较快的种类。
五、纳米材料
1959年，著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德·费曼预言： 人类可以用小的机器制作更小的机器，最后将变成根据人 类意愿，逐个地排列原子，制造产品。本世纪内这个幻想 正在变成现实。
三、智能材料
智能材料是继天然材料、合成高分子材料、人工设计材料之 后的第四代材料，是现代高技术新材料发展的重要方向之 一。将支撑未来高技术的发展，使传统意义下的功能材料 和结构材料之间的界线逐渐消失，实现结构功能化、功能 多样化。
智能混凝土 智能玻璃 智能复合材料
3.1 智能材料的概念 智能材料(Smart Materials或者Intelligent Material System)
有机高分子材料 有机高分子材料将得到更大发展，特别是功能高分子材料。
包括导电高分子材料、铁磁高分子材料、光学高分子材料、 半导体和超导体材料以及存储和显示材料，都已有广阔的 发展前景，但高分子材料的稳定性和老化问题目前仍是人 们担心的问题。
先进复合材料
先进复合材料在20 世纪下半叶曾得到很大发展，但只有树脂 基复合材料得到较为广泛的应用，金属基与陶瓷基复合材 料则因其成本过高而末打开局而。21世纪虽可得到进一步 发展，但很难像钢铁或高分子材料那样得到普遍应用。
2．环境功能玻璃 热反射玻璃 高性能隔热玻璃 隔音隔热玻璃
4.4 环境净化、修复替代材料
1. 环境净化材料 大气污染控制材料 水污染控制材料 噪声控制材料 电磁波防护材料
2. 环境修复替代材料 常见的环境修复材料有固沙植被材料和臭氧层修复材料。 常见的环境替代材料有制冷剂氟里昂(破坏臭氧层)的替代
碳素材料
碳素材料以其资源丰富，且存在性质各异的同素异构体而成 为多用途的材料，将得到更大发展。如片状石墨是最好的 固体润滑剂；碳纤维强度高而价廉；金刚石至今仍是最硬 的材料，又是良好的高温半导体材料；活性炭是物美价廉 的吸附材料等。1985年发现巴基球(C60)，随后又发现了纳 米碳管，虽然日前仍处于基础研究阶段，但应用前景广阔， 将成为21世纪研究与开发的热点。
纳米技术其实就是一种用单个原子、分子制造物质的技术。 有人认为纳米材料是“21世纪最有前途的材料”。
Fra Baidu bibliotek
新材料来源： 从传统材料的改进发展而来； 从基础研究和应用基础研究的成果逐步发展起来； 根据需要通过人为的材料设计而创造出来的。 上面新材料的三种不同来源代表了三个不同的层次。
新材料属于知识密集、技术密集、资金密集的新兴产业，是 多学科相互交叉和渗透的结果。
新材料的发展也与其他新技术的发展密切相关。 可以预测今后材料科学将朝着高功能化、超高性能化、复杂
1. 生态水泥和生态混凝土 生态混凝土分为两种，环境友好型和生物兼容型。 环境友好型主要靠降低生产时的环境负担，延长使用寿命和
改善性能以减少对环境的影响。例如，通过控制空隙特征 赋予混凝土良好的透水性、吸音性、蓄热性、吸气性。 生物兼容型是指能与动植物和谐共处的混凝土，包括可以种 植植物的混凝土、适于生长水生动物的混凝土和净化水体 水质的混凝土。
智能材料几乎横跨了所有的高技术学科领域。
3.2 智能材料的设计思路
材料的智能化是一个崭新的领域，涉及到智能的多样性及开 放性，还有材料的广泛性(包括金属材料、陶瓷材料和高 分子材料等)、结构研究的复杂性以及性能开发的深入性 等问题，它们都是发散的、开放的问题。但总体来讲，智 能材料的开发与设计可以从两个不同的角度出发，即仿生 技术和智能材料自身的结构特色。
按照需要设计和制备新材料的口号。
1.3 按需设计材料
材料设计可以从电子出发；可以从原子、原子集团出发；也 可以从微观、显微到宏观，视所要求的性能而定。
近20年来，一方面，由于对新材料的需求增长，人们希望尽 可能地增加在材料研制中的理论预见性，减少盲目性；另 一方面，由于量子化学，固体物理、凝聚态物理等学科的 发展．使人们对材料的宏观性能和微观结构间的关系有了 更深入的认识，使材料设计发展成为现代材料科学技术中 的基础领域。
新材料新工艺
范广新 材料科学与工程学院 E-mail: fangx@hpu.edu.cn
第八讲：材料的未来
一、材料发展的总趋势
1.1 不同类型材料的发展前景 金属材料 金属在结构材料中仍占主要位置，钢铁在今后几十年内产量
不会下降，而且钢的性能会大幅度提高。 有些有色金属，如铜、铅、锌的资源接近枯竭，替代品的开
四、生态环境材料
4.1 生态环境材料的研究与开发内容 ① 环境协调材料和传统材料的生态环境材料化 ② 环境工程材料 ③ 环境降解材料
4.2 绿色包装材料
① 天然生物包装材料 ② 可食性包装材料 ③ 绿色玻璃包装材料 ④ 绿色塑料包装材料
4.3 绿色建筑材料
绿色建筑材料一般是指有利于保护生态环境，对人体、周围 环境无害的健康型、环保型、安全型的建筑材料。
材料，如丙烷、异丁烷和环戊烷等； 石棉(致癌)的替代材料，如陶瓷纤维和膨体被纤； 铝合金(能耗大、污染重)的替代材料．如纤维复合材料。
4.5 环境降解材料
环境降解材料是指可以被环境自然吸收、消化、分解，而不 产生固体废弃物的材料。
(1) 光降解塑料 塑料在光照条件下发生裂化分解反应，逐渐 失去机械强度，达到分解的目的。
发成为当务之急； 开发低品位矿的提炼方法也迫在眉睫。 镁和钛将得到更广泛的应用。 随着功能材料需求的增加，稀有金属与稀土金属的用途将不
断扩大。
陶瓷材料 功能陶瓷将会有更大发展。 结构陶瓷的性能也将进一步提高，生产成本将进一步下降，
但能否得到广泛应用，前途难卜。这主要取决于它们的脆 性和可靠性问题能否得到显著改善。 水泥和玻璃仍是重要的建筑材料。水泥的生产将大量采用矿 渣、炉渣等废料； 玻璃将走向智能化以实现节能的目的。
就是同时具有感、知功能即信号感受功能(传感器的功能)，自 己判断并自己作出结论的功能(情报信息处理功能)的材料。 智能材料必须具备的四要素： 对环境参数的敏感，对敏感信息的传输，对敏感信息的分析、
判断和智能反应。
智能材料是一门综合性边缘学科，它不仅发展了材料学科本 身，面且可以带动许多相关学科的发展，包括化学、物理 学、材料学、计算机、生物学、土木工程和航空领域等。
1.2 新材料
材料科学的主要发展是研究和开发新材料，目的是人工制造 耐超高温、耐超高压、超高强度、高速信息传输和在常温 下表现超导等特殊性能的材料。
新材料主要有：新金属材料，如非晶态合金；新陶瓷材料； 高分子材料，如高性能碳纤维增强塑料；复合材料。纳米 技术在材料中的应用将产生一系列新材料。
新材料的开发研制对21世纪的科学研究和经济发展具有关键 性作用，发展新材料是提高产品竞争能力和提高生产力的 重要手段。
(2) 生物降解塑料 在自然环境中通过微生物的生命活动能很 快降解的高分子材料。
(3) 光-生物降解塑料 是一种复合塑料，利用光降解和生物 降解相结合的方法制得。不仅克服了光降解塑料对光的要 求，也克服了生物降解塑料工艺复杂、成本高昂的弊端， 是近年来发展较快的种类。
五、纳米材料
1959年，著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德·费曼预言： 人类可以用小的机器制作更小的机器，最后将变成根据人 类意愿，逐个地排列原子，制造产品。本世纪内这个幻想 正在变成现实。
三、智能材料
智能材料是继天然材料、合成高分子材料、人工设计材料之 后的第四代材料，是现代高技术新材料发展的重要方向之 一。将支撑未来高技术的发展，使传统意义下的功能材料 和结构材料之间的界线逐渐消失，实现结构功能化、功能 多样化。
智能混凝土 智能玻璃 智能复合材料
3.1 智能材料的概念 智能材料(Smart Materials或者Intelligent Material System)
有机高分子材料 有机高分子材料将得到更大发展，特别是功能高分子材料。
包括导电高分子材料、铁磁高分子材料、光学高分子材料、 半导体和超导体材料以及存储和显示材料，都已有广阔的 发展前景，但高分子材料的稳定性和老化问题目前仍是人 们担心的问题。
先进复合材料
先进复合材料在20 世纪下半叶曾得到很大发展，但只有树脂 基复合材料得到较为广泛的应用，金属基与陶瓷基复合材 料则因其成本过高而末打开局而。21世纪虽可得到进一步 发展，但很难像钢铁或高分子材料那样得到普遍应用。
2．环境功能玻璃 热反射玻璃 高性能隔热玻璃 隔音隔热玻璃
4.4 环境净化、修复替代材料
1. 环境净化材料 大气污染控制材料 水污染控制材料 噪声控制材料 电磁波防护材料
2. 环境修复替代材料 常见的环境修复材料有固沙植被材料和臭氧层修复材料。 常见的环境替代材料有制冷剂氟里昂(破坏臭氧层)的替代
碳素材料
碳素材料以其资源丰富，且存在性质各异的同素异构体而成 为多用途的材料，将得到更大发展。如片状石墨是最好的 固体润滑剂；碳纤维强度高而价廉；金刚石至今仍是最硬 的材料，又是良好的高温半导体材料；活性炭是物美价廉 的吸附材料等。1985年发现巴基球(C60)，随后又发现了纳 米碳管，虽然日前仍处于基础研究阶段，但应用前景广阔， 将成为21世纪研究与开发的热点。
纳米技术其实就是一种用单个原子、分子制造物质的技术。 有人认为纳米材料是“21世纪最有前途的材料”。
Fra Baidu bibliotek
新材料来源： 从传统材料的改进发展而来； 从基础研究和应用基础研究的成果逐步发展起来； 根据需要通过人为的材料设计而创造出来的。 上面新材料的三种不同来源代表了三个不同的层次。
新材料属于知识密集、技术密集、资金密集的新兴产业，是 多学科相互交叉和渗透的结果。
新材料的发展也与其他新技术的发展密切相关。 可以预测今后材料科学将朝着高功能化、超高性能化、复杂
1. 生态水泥和生态混凝土 生态混凝土分为两种，环境友好型和生物兼容型。 环境友好型主要靠降低生产时的环境负担，延长使用寿命和
改善性能以减少对环境的影响。例如，通过控制空隙特征 赋予混凝土良好的透水性、吸音性、蓄热性、吸气性。 生物兼容型是指能与动植物和谐共处的混凝土，包括可以种 植植物的混凝土、适于生长水生动物的混凝土和净化水体 水质的混凝土。
智能材料几乎横跨了所有的高技术学科领域。
3.2 智能材料的设计思路
材料的智能化是一个崭新的领域，涉及到智能的多样性及开 放性，还有材料的广泛性(包括金属材料、陶瓷材料和高 分子材料等)、结构研究的复杂性以及性能开发的深入性 等问题，它们都是发散的、开放的问题。但总体来讲，智 能材料的开发与设计可以从两个不同的角度出发，即仿生 技术和智能材料自身的结构特色。